Termen ”andning” hänvisar till två separata processer, som båda förekommer i levande varelser och är relaterade till generering av energi. Den ena är fysiologisk andning, den process genom vilken en organism tar upp syre och utsöndrar koldioxid. Den andra är cellandning, en serie biokemiska reaktioner som gör att en cell kan generera energi.
Fysiologisk andning
Det finns fyra steg i denna process hos människor och andra däggdjur, och de plottar hur syre förloppet från inandning i lungorna till absorption av inre organ och andra vävnader. Det täcker även utandning av koldioxid.
Ventilation
Det första steget är ventilation, där luft rör sig in och ut ur lungornas alveoler. Dessa är fibrösa kollagenstrukturer som expanderar under inandning, för att ta in maximal mängd syre; vid utandning drar de ihop sig och frigör koldioxid. Alveoler finns endast i däggdjurslungor; dock finns liknande strukturer hos andra ryggradsdjur, såsom reptiler och fåglar.
Pulmonell gasutbyte
I detta skede kommer syre från alveolerna in i cirkulationssystemet genom lungkapillärerna. Alveolerna och lungkapillärerna är åtskilda av en barriär bara två celler tjock; väl över denna barriär binder syremolekyler till hemoglobinet, ett speciellt protein, i röda blodkroppar.
Gastransport
Gastransporten börjar i lungkapillärerna. I detta steg rör sig syre bundet till hemoglobin genom blodkärlen i cirkulationssystemet och kommer så småningom in i kapillärerna i hela kroppen. Kapillärer matar organ, körtlar och andra vävnader, som behöver en konstant tillförsel av syre för att fungera.
Perifer gasutbyte
Det sista steget är perifert gasutbyte, där syre rör sig från kapillärerna in i cellerna. Detta händer på samma sätt som hur gaser diffunderar mellan alveolerna och lungkapillärerna i lungorna. Avfallsgaser, såsom koldioxid som utsöndras av celler, kommer in i kapillärerna och rör sig genom cirkulationssystemet till lungorna, där de släpps ut under utandning.
Andra fysiologiska system
Andning är inte exklusivt för organismer med lungor. Till exempel förekommer den hos de flesta fiskarter i gälar, som gör att djuren kan extrahera syre ur vatten. Hos amfibier sker det mesta gasutbytet över huden; lungorna ger ett sätt att kontrollera kroppens syrenivåer, genom att fungera som en sekundär källa till syre. Växter producerar syre via fotosyntes och tar in mer genom diffusion över sina löv. Oavsett den fysiska processen tar alla dessa organismer in syre och utsöndrar koldioxid, precis som däggdjur gör.
Cellandningen
Syret som förs till vävnaderna via fysiologisk andning används i alla celler för den biokemiska processen för cellandning. Denna process, som också kallas oxidativ metabolism, är en uppsättning kemiska reaktioner, många involverar syre, som gör att kroppen kan omvandla vissa molekyler till användbar energi. I djur- och växtceller sker de reaktioner som omvandlar näringsämnen till en energirik molekyl som kallas adenosintrifosfat (ATP).
Syre behövs för cellandning eftersom många oxidations-reduktionsreaktioner, även kallade redoxreaktioner, inträffar under hela andningsprocessen. Denna gas är ett kraftfullt oxidationsmedel, vilket innebär att den i kemiska reaktioner lätt kan ge sina tillgängliga elektroner. Detta gör det mycket användbart i reaktioner.
Reaktionerna som uppstår kallas också för kataboliska, eftersom de bryter ner stora näringsmolekyler till mindre. Dessa molekyler är sockerarter, som härrör från kolhydrater; fettsyror från dietfett; och aminosyror, härledda från protein. Elektroner frigörs när näringsämnena bryts ner, och elektronerna används i reaktioner som producerar ATP. Denna energirika molekyl används sedan i celler för att driva nästan alla reaktioner som sker inom dem.
Anaerob cellandning
Hos djur och växter, liksom många bakteriearter, är den typ av cellandning som uppstår aerob, vilket helt enkelt betyder att den använder syre. Hos vissa arter av bakterier är andningen anaerob, vilket innebär att den inte använder syre. Istället använder dessa organismer molekyler som nitrat eller svavel som ersättning. Vissa har till och med utvecklats till en punkt där de bara kan leva i syrefria miljöer.